Android并发编程高级面试题汇总含详细 五

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Synchronized的原理以及与ReentrantLock的区别。（360）

详细讲解

享学课堂移动互联网系统课程：架构师筑基必备技能《深入理解并发编程-AQS与JMM》

这道题想考察什么？

0. 是否了解并发相关的理论知识
1. 是否对于锁机制有个全面的理论认知
2. 是否对于AQS原理有自己的理解

考察的知识点

0. 锁的分类（公平锁、重入锁、重力度锁等等）
1. ReentrantLock实现方式与Synchronized实现方式的异同点

考生应该如何回答

Synchronized的原理见 《4.8 Synchronized在JDK1.6之后做了哪些优化》 。

ReentrantLock与Synchronized的区别，除了一个是Java类实现，一个是关键字之外，还包括：

除此之外，ReenTrantLock相对于Synchronized还拥有自己的独有特性：

• ReenTrantLock可以指定是公平锁还是非公平锁。而synchronized只能是非公平锁。所谓的公平锁就是先等待的线程先获得锁。
• ReenTrantLock提供了一个Condition（条件）类，用来实现分组唤醒需要唤醒的线程们，而不是像synchronized要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。
• ReenTrantLock提供了一种能够中断等待锁的线程的机制，通过lock.lockInterruptibly()来实现这个机制。

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volatile关键字干了什么？（什么叫指令重排） （字节跳动）

详细讲解

享学课堂移动互联网系统课程：架构师筑基必备技能《线程与进程的理论知识入门2》与《深入理解并发编程-AQS与JMM》

这道题想考察什么？

是否了解volatile关键字与真实场景使用

考察的知识点

volatile关键字的概念在项目中使用与基本知识

考生应该如何回答

volatile是java提供的可以声明在成员属性前的一个关键字。在声明中包含此关键字的作用有：

保证内存可见性

可见性是指线程之间的可见性，一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。也就是一个线程修改的结果，另一个线程马上就能看到。

当对非volatile变量进行读写的时候，每个线程先从主内存拷贝变量到CPU缓存中，如果计算机有多个CPU，每个线程可能在不同的CPU上被处理，这意味着每个线程可以拷贝到不同的CPU cache中。

volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，保证了每次读写变量都从主内存中读，跳过CPU cache这一步。当一个线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程是立即得知的。

禁止指令重排

指令重排序是JVM为了优化指令、提高程序运行效率，在不影响单线程程序执行结果的前提下，尽可能地提高并行度。指令重排序包括编译器重排序和运行时重排序。

latile变量禁止指令重排序。针对volatile修饰的变量，在读写操作指令前后会插入内存屏障，指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏

示例说明：

示例说明：
double r = 2.1; //(1) 
double pi = 3.14;//(2) 
double area = pi*r*r;//(3)

虽然代码语句的定义顺序为1->2->3，但是计算顺序1->2->3与2->1->3对结果并无影响，所以编译时和运行时可以根据需要对1、2语句进行重排序。

指令重排带来的问题

如果一个操作不是原子的，就会给JVM留下重排的机会。

线程A中
{
    context = loadContext();
    inited = true;
}
 
线程B中
{
    if (inited) 
        fun(context);
}

如果线程A中的指令发生了重排序，那么B中很可能就会拿到一个尚未初始化或尚未初始化完成的context,从而引发程序错误。

禁止指令重排的原理

volatile关键字提供内存屏障的方式来防止指令被重排，编译器在生成字节码文件时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。

JVM内存屏障插入策略：

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障；

在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障；

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障；

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

指令重排在双重锁定单例模式中的影响 基于双重检验的单例模式(懒汉型)

public class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance = null;
 
    private Singleton3() {}
 
    public static Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton3.class) {
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton3();// 非原子操作
            }
        }
 
        return instance;
    }
}

instance= new Singleton()并不是一个原子操作，其实际上可以抽象为下面几条JVM指令：

memory =allocate();    //1：分配对象的内存空间 
ctorInstance(memory);  //2：初始化对象 
instance =memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址

上面操作2依赖于操作1，但是操作3并不依赖于操作2。所以JVM是可以针对它们进行指令的优化重排序的，经过重排序后如下：

memory =allocate();    //1：分配对象的内存空间 
instance =memory;     //3：instance指向刚分配的内存地址，此时对象还未初始化
ctorInstance(memory);  //2：初始化对象

指令重排之后，instance指向分配好的内存放在了前面，而这段内存的初始化被排在了后面。在线程A执行这段赋值语句，在初始化分配对象之前就已经将其赋值给instance引用，恰好另一个线程进入方法判断instance引用不为null，然后就将其返回使用，导致出错。

volatile解决重排

用volatile关键字修饰instance变量，使得instance在读、写操作前后都会插入内存屏障，避免重排序。

public class Singleton3 {
    private static volatile Singleton3 instance = null;
 
    private Singleton3() {}
 
    public static Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton3.class) {
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton3();
            }
        }
        return instance;
    }
}

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